Quá điện áp là gì?
Nhận được cuộc gọi từ một nhà tích hợp gói ở Ohio vào thứ Ba tuần trước. Họ có một gói LFP 14S được lắp đặt từ năng lượng mặt trời với hai tế bào có điện áp 3,91V. LFP. Không bao giờ nhìn thấy bất cứ thứ gì trên 3,65V trong sử dụng bình thường. Các tế bào nhìn từ bên ngoài trông vẫn ổn nhưng khi chúng tôi mở một tế bào ra, lá cực âm đã chuyển sang màu nâu ở các cạnh. Thiệt hại quá tải cổ điển.
Hóa ra họ đang sử dụng bộ sạc axit chì. Khách hàng đổi lại vì bản gốc đã chết. Bộ sạc axit chì-48V tạo ra điện áp nổi 58,4V. Trên gói LFP 14S hoạt động ở mức 4,17V mỗi ô. Không phải là vấn đề đối với{10}axit chì. Vấn đề lớn đối với LFP.
Loại điều này xảy ra nhiều hơn mọi người thừa nhận.
Quá điện áp có nghĩa là đẩy một tế bào vượt quá điện áp sạc định mức tối đa của nó. Số lượng phụ thuộc vào hóa học. NMC và NCA đứng đầu ở mức 4,20V. Một số biến thể NMC{4}}năng lượng cao được định mức ở mức 4,35V nhưng đó là những tế bào đặc biệt và bạn cần biết mình đang làm gì với chúng. Hóa chất LFP có trần 3,65V. LTO là khoảng 2,85V. Những con số này đến từ bảng dữ liệu của nhà cung cấp di động. Bỏ qua chúng và bạn sẽ gặp vấn đề.
Suy thoái tế bào bên trong
Điều gì xảy ra bên trong tế bào khi quá điện áp không hề phức tạp. Vật liệu cực âm muốn tạo ra oxy khi bạn ép quá nhiều lithium ra khỏi nó. Oxy đó phản ứng với chất điện phân. Trong khi đó, kim loại lithium bắt đầu mạ lên bề mặt cực dương vì than chì không thể hấp thụ các ion đủ nhanh. Lớp mạ không tốt vì hai lý do. Đó là tình trạng mất khả năng không thể phục hồi và tạo ra các sợi nhánh mà cuối cùng có thể làm chập mạch bên trong tế bào.
Rất nhiều người nghĩ rằng có giới hạn được tích hợp trong thông số kỹ thuật 4.20V. Không có.
Các nhà sản xuất tế bào đặt ra giới hạn đó ở điểm mà sự xuống cấp trở nên không thể chấp nhận được. Lên 4.25V một lần có lẽ là ổn. Đến đó mỗi chu kỳ sẽ giết chết tế bào trong vài trăm chu kỳ thay vì vài nghìn. Vượt trên 4,30V và bạn có thể không nhận được vài trăm chu kỳ. Tôi đã thấy các tế bào phồng lên ở mức 4,35V sau một lần sạc. Phụ thuộc vào tế bào.
Vai trò của BMS
BMS có nhiệm vụ nắm bắt được điều này. Mỗi tế bào trong gói đều có dây cảm giác riêng. Chip AFE đọc tất cả điện áp di động và so sánh với ngưỡng. Nếu bất kỳ tế bào nào vượt quá, quá trình sạc sẽ dừng lại. Khá đơn giản.
Ngoại trừ BMS có thể thất bại. Tôi đã thấy các bo mạch BMS có các mối hàn nguội trên các đầu nối dây cảm biến. Một ô dừng báo cáo và phần sụn mặc định là 0 thay vì gắn cờ lỗi. Tôi đã thấy các chip AFE bị mất nhiệt độ theo nhiệt độ. BQ76940 của TI nói chung là chắc chắn nhưng BQ76925 cũ hơn gặp vấn đề với việc dịch chuyển tham chiếu bên trong. Chip AFE Trung Quốc rẻ hơn có thể có mặt ở khắp mọi nơi.
Cân bằng quan trọng hơn mọi người nghĩ. Một gói có mười ô nối tiếp sẽ có dung lượng chênh lệch. Một ô sẽ được sạc đầy trước các ô khác. Nếu quá trình cân bằng quá chậm, tế bào cao sẽ ở mức 4,20V trong khi dòng điện tiếp tục chạy vào gói. Điện áp trên tế bào đó tăng lên. Với cân bằng thụ động, bạn bị giới hạn bởi lượng nhiệt bạn có thể truyền qua các điện trở chảy máu. Hầu hết các thiết kế đều chạy dòng điện cân bằng 50mA đến 100mA. Nếu các ô của bạn không khớp hơn một vài phần trăm thì điều đó có thể là không đủ.
Cân bằng chủ động sẽ chuyển điện tích từ ô cao sang ô thấp thay vì đốt cháy nó. Đắt hơn. Phức tạp hơn. Điều này có ý nghĩa đối với các gói lớn nơi năng lượng lãng phí tăng lên hoặc đối với các ứng dụng mà bạn không thể chấp nhận bất kỳ sự chênh lệch công suất nào.
Thiết kế bộ sạc là nửa còn lại của phương trình. Bộ chuyển đổi chuyển mạch có điều chỉnh phản hồi cẩu thả sẽ vượt quá mức tải nhẹ. Tôi đã đo các bộ sạc có điện áp 42,5V khi bộ sạc tiêu thụ ít hơn 100mA khi gần hết pin. Nửa volt tăng thêm đó được phân bổ trên mười ô là 50mV mỗi ô. Không phải là một thảm họa nhưng nó cộng thêm những dung sai khác.
Việc bù nhiệt độ trong bộ sạc cũng quan trọng. Pin lithium nên sạc ở điện áp thấp hơn khi nóng. Một số bộ sạc điều chỉnh điểm đặt CV dựa trên nhiệt điện trở. Hầu hết những cái rẻ tiền thì không. Một gói pin đặt dưới ánh nắng mặt trời ở nhiệt độ 45C được sạc ở mức 4,20V bình thường trên mỗi tế bào thực sự đang bị sạc quá mức.
Hai lớp bảo vệ tốt hơn một. BMS theo dõi điện áp di động. IC bảo vệ thứ cấp có thể theo dõi điện áp gói và cắt FET nếu có sự cố. Đối với đàn Ohio bắt đầu toàn bộ cuộc thảo luận này, cả hai đều không tồn tại. Họ có một BMS ngu ngốc chỉ có chức năng cân bằng. Không có sự bảo vệ. Khách hàng cho rằng bộ sạc sẽ xử lý được vấn đề đó. Giả định tồi.
Danh sách kiểm tra thiết kế
Nếu bạn đang thiết kế gói, danh sách kiểm tra khá ngắn.
- Sử dụng BMS với OVP cấp ô thực tế.
- Đặt ngưỡng với một số lề, có thể là 4,18V cho NMC.
- Hãy chắc chắn rằng sự cân bằng có thể theo kịp sự lan rộng của tế bào của bạn.
- Định mức bộ sạc trên phạm vi hoạt động của nó không chỉ ở nhiệt độ phòng trên băng ghế.
- Thêm đường dẫn bảo vệ thứ cấp nếu ứng dụng biện minh cho nó.
Gói Ohio đang được xây dựng lại với BMS thích hợp và bộ sạc dành riêng cho LFP. Bài học đắt giá. Có thể đã tệ hơn. Không ai bị thương và không có gì bốc cháy. Đó không phải lúc nào cũng là cách những câu chuyện này kết thúc.
